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功能陶瓷材料研究论文
苏州科技学院
化学生物与材料工程学院
材料学专业
题目：锰锌铁氧体材料的性能研究与制备
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指导老师：***
锰锌铁氧体材料的性能研究与制备
摘要：铁氧体材料是当今一种重要的磁性材料。二十世纪三十年代以来，由于该种材料固有的特性，人们对这种材料产生了浓厚的兴趣，并开展了广泛的研究。本文主要从锰锌铁氧体入手，介绍了高磁导率锰锌铁氧体的研究历史及其在信息产业发展过程中的意义和作用，同时从配方优化、烧结工艺、测试方法等方面综述了国内外的研究与发展现状。
关键词：锰锌铁氧体；高磁导率；配方；烧结工艺
Abstract：Ferrite materials is a very important magnetic materials at present.For the inherent characteristics of this materials,people had a strong interesting in it and extensive research carried out since the 1930s.This article is mainly about MnZn ferrite，introducing the background，the significance and current state of manufacturing high permeability MnZn ferrite was summed up and at the same time the investigation status about composition，sintering process and methods of analysis was reviewed.
Key words：MnZn ferrite;high permeability;composition;sintering process
引言
锰锌铁氧体就其导电性而论属于半导体，但在应用上是利用其磁学性能。二十世纪三十年代，由于高频无线电技术迫切要求既具有铁磁性而电阻率又很高的材料，人们对磁性氧化物发生了浓厚的兴趣。自1935年开始，对尖晶石结构软磁铁氧体进行了系统的研究，其中荷兰Philips实验室物理学家Snoke的工作最有成果，他研究出各种具有优良性能的含锌铁氧体，明确了制备工艺过程，直接促成了1946年铁氧体软磁的工业化。在各类软磁铁氧体磁性材料中，通常称磁导率大于5000的材料为高磁导率材料。而其中高磁导率锰锌铁氧体是应用非常广泛的一种功能材料。这类材料具有高起始磁导率、高品质因素（Q）和高电阻率（ρ）等特点，具有窄而长的磁滞回线，矫顽力低，既容易获得又容易失去磁性。用这类材料制成磁芯广泛用于通讯、广播、电视、自动控制、航天技术、计算机技术、电子设备及其它电子信息产业中，做各种电感器、电子变压器、扼流器、抑制器和滤波器。现在高材料的产量已占软磁铁氧体的30%以上。
一．锰锌铁氧体的特性
近两年来，世界各大铁氧体公司竞相提高锰锌铁氧体材料技术性能，以适应日益拓展的应用领域，使这种基础功能材料的发展出现了勃勃生机。在IT产业、电力电子，特别是网络通信等用户的苛求下，为保证设备系统稳定、可靠、高效运行，一种求新、求全的理念，已逐渐主导着铁氧体软磁材料的研发方向[1]。这就是要求材料具有
更高的饱和磁通密度Bs，更好的直流叠加特性，更低的比损耗系数tgδ/μi(包括高磁通密度下的功耗Pc)和总谐波失真系数(THD)以及更宽的使用频率和更广的使用温度范围。即所谓两宽(宽频、宽温)、两高(高Bs、高DC-Bias性能)、两低(低的比损耗系数tgδ/μi或Pc、低谐波失真THD)兼具的特点。
1.高Bs、高DC-Bias特性
高Bs磁通密度材料也就是功率铁氧体材料，其饱和磁通密度Bs 越高，则磁心处于正常工作状态时越不容易饱和。新的设计理念不再偏重使磁心在高磁通密度下工作以降低铜线绕组功耗，因为Mn-Zn铁氧体磁心在这种情况下功耗会急剧增大，绕组功耗的降低远不能抵偿磁心材料功耗的增加。所以，新的设计理念是以低的交流励磁电平而不再以高的励磁电平激励元件，即让磁心工作在“可用磁通密度”，而不是硬饱和状态，以避免磁通密度处于磁滞回线非线性区域时导致磁导率陡直下降，磁心绕组因阻抗降低而恶性发热甚至烧毁。一般“可用磁通密度”为饱和磁通密度的80%，提高Bs的途径不外乎调整工艺，如提高磁心密度和优选配方及有效添加物。
当然，Bs，特别是高温Bs的提高，不仅仅是为了传输更大的功率，同时还可以大大改善磁导率的直流叠加特性。所谓高直流叠加特性，是指以下几个方面：①在材料的μΔ~HDC性能曲线上，增量磁导率μΔ(或称叠加磁导率)开始下降的临界直流磁场要高，即材料μΔ不变时所能承受的叠加直流电流要高；②在临界直流磁场以上，μΔ的下降趋势越缓慢越好，即叠加上直流以后的磁心电感量不能下降
太低，其值越高越好；③上述磁心电感量是在工作的交变场下测得，要求这个交变场频率越高越好，相应的场强也是越高越好；④工作环境要求宽温，用户特别重视高温直流叠加性能，甚至高达125℃，Philips公司3C93材料已实现140℃功耗谷点和相应的Bs要求。而直流叠加特性的改善，除上述高Bs要求外，还应得益于剩余磁通密度Br值的降低。理论和实践证明[6]，只有提高Bs同时降低Br，即增大ΔB值，使材料的磁滞回线倾斜成恒导型，才具有良好的DC-Bias 特性。
2.低损耗、低失真特性
对于Mn-Zn铁氧体材料，降低损耗值是几代人不懈追求的课题。模拟通信年代，为保证载波通信设备的稳定性，日本NEC/TOKIN公司最早用共沉淀法开发了优铁氧体2001F和超优铁氧体1000SF［7］材料，其特点是μQ乘积高(1000SF达1.25×106)，比温度系数αF及比减落系数D F小，特别是磁滞常数ηB大大减小，因而通信系统总谐波失真THD值小。μQ乘积等于比损耗系数tgδ/μi的倒数，是材料的本征特性之一，当磁心开具气隙后，由于退磁作用，初始磁导率μi 降为有效磁导率μe，其比值μe/μi称为降导比，按斯诺克公式，磁心的μQ乘积不变，所以开气隙磁心的有效Q值及有效αμ、DF及ηB等均按降导比的不同方次幂得到改善。低频下，铁氧体材料以磁滞损耗为主，其值为磁滞回线的面积与频率的乘积，所以与矫顽力Hc的大小密切相关，配方中Fe2O3含量增加，可使Hc降低，因而磁滞损耗也相应降低。而高频下剩余损耗占主导地位，这种损耗是由畴
